JPS6232384B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は多段式の吸収式ヒートポンプに関す
るものである。

従来の２段の吸収式ヒートポンプの１例を第１
図に示す。図において、１は吸収剤の希溶液を加
熱して冷媒を蒸発させる蒸発器、２，３は冷媒蒸
気を吸収剤の濃溶液に吸収させる第１、第２の吸
収器、４は希溶液を加熱して冷媒を蒸発させる第
１の発生器、５は冷媒蒸気を冷却して凝縮させる
凝縮器であり、第１の吸収器２の第２の発生器６
が設置されている。これらの各容器間は、蒸発器
１は第１、第２の吸収器２，３と冷媒蒸気管７で
接続され、また凝縮器５とは冷媒液管８で接続さ
れている。冷媒液管８の途中には、冷媒ポンプ９
が接続されている。第１吸収器２と第１発生器４
は、第１の濃溶液管１０、第１の希溶液管１１で
接続され、これら両液管は第１の熱回収交換器１
２で熱交換している。また第１濃溶液管１０には
第１溶液ポンプ１３が設けられている。１４は気
液分離器であり、この気液分離器での入口は第２
の発生器６からの気液管１５、気液分離器１４の
液の出口は第２吸収器３と第２の濃溶液管１６、
蒸気の出口は第１発生器４からの蒸気と一緒にな
り凝縮器５と冷媒蒸気管１７で接続されている。
第２発生器６の入口側は第２の吸収器３と第２の
希溶液管１８で接続され、第２の濃溶液管１６と
第２の希溶液管１８は第２の熱回収熱交換器１９
で熱的に結合されており、第２の濃溶液管１６に
は、第２の溶液ポンプ２０が設けられている。蒸
発器１、第１の発生器４内にはそれぞれ熱源熱交
換器２１，２２が、凝縮器５内には冷却用熱交換
器２３が、第２の吸収器３内には、利用側熱交換
器２４がそれぞれ設置され、さらに第１第２の吸
収器２，３内には、それぞれ濃溶液をスプレーす
るノズル２５，２６が設けられている。なお第
１、第２の濃溶液管１０，１６、第２、第２の希
溶液管１１，１８を流れる冷媒及び吸収剤はそれ
ぞれ濃度は異なるが同種類の冷媒、吸収剤が流れ
ている。

第２図は、このシステムにおける動作点を圧力
−温度−濃度線図上に表示したものである。

次に動作について説明する。第１の発生器４内
の希溶液は濃度ξ_１、温度T₂、圧力P₁の第２図
上のの点（以下この図上の動作点を「の点」
のように略記する）で示される状態である。なお
このの点は線図上で正確に表示できない。以後
の説明においても第２図の線図上では正確に表示
できない場合があるが、この時には、括弧内に但
し書きで表示する。この第１の発生器４内の希溶
液は熱源熱交換器２２で加熱され、の点で示さ
れる圧力P₁の冷媒蒸気を放出するため、初期に温
度が少し下がるが、熱源熱交換器２２からの加熱
により、温度はほぼT₂近傍に保たれた状態で冷
媒蒸気を放出し濃度ξ_２のの点で示される濃溶
液となる。一方放出された圧力P₁、温度T₂の冷
媒蒸気は、蒸気管１７を通つて凝縮器５に行き、
ここで冷却用熱交換器２３により冷却され温度
T₂の蒸気から温度T₁の蒸気となり、さらに温度
T₁の液へと凝縮・液化する。この液化したの
点の冷媒液は、冷媒液管８を通り、冷媒ポンプ９
で昇圧され、圧力P₂、温度T₁近傍の冷媒液とな
つて蒸発器１に行き、蒸発器１内で、熱源熱交換
器２１により加熱されて圧力P₂温度T₂のの点
の冷媒蒸気となり蒸気管７を通つて１部は第１の
吸収器２へ残りは第２の吸収器３に行く。第１の
吸収器２では、の点の状態の濃溶液（但し圧力
はP₂）がノズル２５から容器内にスプレーされ、
冷媒蒸気を吸収し発熱する。この発熱して高温と
なつた希溶液は第２の発生器６を加熱しの点の
状態となつた溶液は、希溶液管１１をとおつて第
１熱回収熱交換器１２で濃溶液側と熱交換して温
度降下し圧力も下がつたあとの点の状態となり
第１の発生器４に入る。第１の発生器４では前述
のごとく加熱されて冷媒蒸気を放出し、の点の
状態となつた濃度ξ_２の濃溶液が濃溶液管１０を
通つて、ポンプ１３により圧力P₂にまで昇圧さ
れ、さらに第１熱回収熱交換器１２より加熱され
の点の状態となつて前述のごとく第１吸収器２
に入るサイクルを繰り返す。

一方、第１の吸収器２内に収容されている第２
の発生器６には、第２の希溶液管１８を通つて
の点で示される状態の希溶液が流入し、ここで高
温希溶液により加熱されて、圧力P₁、温度T₃の
冷媒蒸気を放出し、の点で示される圧力P₁、温
度T₃濃度ξ_４の濃溶液となり、気液管１５を通
つて気液分離器１４に行き、ここで、冷媒蒸気と
の点の温度T₃、圧力P₁の濃溶液とに分離さ
れ、冷媒蒸気は蒸気管１７を通つて凝縮器５に行
き、第１の発生器４からの蒸気と一緒になり、冷
却されて凝縮・液化する。一方、濃溶液は第２の
溶液ポンプ２０により昇圧され圧力P₂となり、第
２の熱回収熱交換器１９で加熱されての点で示
される温度T₄となつたあと（但し圧力はP₂）ノズ
ル２６から第２の吸収器３内にスプレーされ、蒸
気管７を通つて送られてくる冷媒蒸気を吸収し発
熱する。利用側熱交換器２４はこの高温度の熱エ
ネルギーを取り出しプロセス加熱用などに用い
る。

利用側熱交換器２４を加熱したあとの点で示
される状態（圧力P₂、温度T₄）となつた希溶液
は、第２の希溶液管１８を通つて、第２熱回収熱
交換器１９で濃溶液と熱交換しの点で示される
圧力P₁、温度T₃の希溶液となり、再び第２発生
器６に戻るサイクルを繰り返す。

従来の吸収式ヒートポンプ装置は以上のように
構成されているため、３台のポンプ類と気液分離
器を必要とし、配管系も複雑であつた。

この発明は、このような従来装置の欠点を除去
するためになされたもので、冷媒として２種類の
沸騰点の異なる冷媒を用い、低沸点冷媒蒸気を吸
収剤に吸収させたときの希釈熱で高沸点冷媒を蒸
発させ、この高沸点冷媒の希釈熱で熱媒を加熱し
て系外にとり出す構成とすることにより、ポンプ
類の数が少なくてすみ、またシステムも簡単化さ
れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することを目
的としている。

以下この発明の一実施例を図について説明す
る。第３図において、２，３，５，７〜９，１
７，２１〜２６は上記従来装置と同じである。２
７は発生器であり、この発生器２７と第１、第２
の吸収器２，３とは溶液ポンプ２８、第１および
第２の熱回収熱交換器２９，３０を備えた濃溶液
管３１と希溶液管３２とで接続されている。蒸発
器は第１の蒸発器３３と第２の蒸発器３４に分れ
ており、第１の蒸発器３３は凝縮器５と液管８、
第１の吸収器２と冷媒蒸気管７で接続されてい
る。第２の蒸発器は、第１の吸収器と熱交換する
構成となつており（図の例では、第１の吸収器２
内に設置されている。）、一方は第１の蒸発器３３
と冷媒液管３５、他方は第２の吸収器３と冷媒蒸
気管３６で接続されている。また冷媒は２種類−
冷媒Ａと冷媒Ｂ−用いられている。第４図はこの
実施例によるシステムの動作点を温度−圧力−濃
度線図上に描いたもので、ξは冷媒Ａの吸収剤の
濃度、ξ′は冷媒Ｂの吸収剤の濃度を示し、冷媒
Ｂは冷媒Ａより沸騰点が高いもので、一点鎖線は
冷媒Ａを、実線は冷媒Ｂを示している。

この発明による吸収式ヒートポンプ装置は以上
のように構成されており、発生器２７内には冷媒
Ａと冷媒Ｂを吸収した吸収剤の希溶液があり、こ
の希溶液は、冷媒Ａと吸収剤の間では第４図の
点に示す濃度ξ_１、温度T₂近傍（但し圧力はP₁
であり、この図の上では正確に表示できない）に
あり、冷媒Ｂと吸収剤の間では同じくの点に示
す濃度ξ′_１温度T₂近傍（但し圧力はP₁）にあ
る。これら冷媒Ａ，Ｂを含む希溶液が熱源熱交換
器２２により加熱され、冷媒Ａ，Ｂの蒸気（第３
図中、，で示す）を放出し、発生器２７内の
溶液は第４図，の点に示すそれぞれ濃度ξ
_２，ξ₂′の濃溶液となる。発生器２７からの冷媒
Ａ，Ｂの蒸気は、冷媒蒸気管１７を通り凝縮器５
に行き、ここで冷却用熱交換器２３により冷却さ
れて、温度T₁近傍の蒸気となり、さらに冷却さ
れ凝縮・液化しそれぞれの点で示される状態の
液冷媒Ａ（ξ＝０）およびの点で示される液冷
媒Ｂ（ξ′＝０）（第３図中Ａ，Ｂで示す）とな
る。（冷媒Ａ，Ｂの凝縮温度は、必ずしも両方と
も一致した温度である必要なく、第４図に示すご
とく若干異なつていても良い。）液化した冷媒
Ａ，Ｂは冷媒液管８を通り、冷媒ポンプ９で圧力
がP₁からP₂にまで昇圧され、第１の蒸発器３３に
行く。ここで、温度T₂近傍の熱源用熱交換器２
１により加熱されて温度T₂近傍にまで昇温し、
冷媒Ａは蒸発して第４図の点で示される温度
T₂圧力P₂の蒸気となる。この時冷媒Ｂはの点
で示される温度T₂（但し圧力はP₂）の液冷媒のま
まである。蒸気となつた冷媒Ａは冷媒蒸気管７を
通つて第１の吸収器２へ、液状の冷媒Ｂは冷媒液
管３５を通つて第２の蒸発器３４に行く。一方発
生器２７を出た第４図，の点で示される濃溶
液は、濃溶液管３１を通り、溶液ポンプ２８によ
り圧力がP₁からP₂にまで昇圧され、このうちの一
部は第１の熱回収熱交換器２９により昇温され温
度がT₃近傍となる。この状態は、冷媒Ａに関し
ては第４図の点で示され（但し圧力はP₂）、こ
の濃溶液がノズル２５から第１の吸収器２内に散
布され、冷媒Ａの蒸気を吸収して第４図の点で
示される希溶液となるが、この→の過程で発
生する希釈熱で、第２蒸発器３４を加熱して冷媒
Ｂの蒸気を発生させる。この後、の点で示され
る希溶液は、希溶液管３２第１の熱回収熱交換器
２９を通り、温度T₂近傍、圧力P₁のの状態と
なつて発生器２７に帰る。第１の蒸発器３３から
冷媒液管３５通つて第２蒸発器３４に入つた温度
T₂、圧力P₂の液冷媒Ｂは、第１の吸収器２内で
加熱されて、温度T₃近傍の液にまで昇温しさら
に第４図の点で示される蒸気となり、冷媒蒸
気管３６を通つて第２の吸収器３に入り、発生器
２７から溶液ポンプ２８により圧力P₂にまで昇圧
され、第２の熱回収熱交換器３０により、温度が
T₄近くに加熱されて第４図のの状態（但し圧
力P₂）となり、ノズル２６から散布される濃溶液
に吸収され第４図の状態となるが、この→
の過程で発生する希釈熱で利用側熱交換器２４内
を流れる熱媒体を温度T₄近傍の高温度に加熱し
て系外に高温熱を提供する。冷媒Ｂを吸収して
の状態になつた希溶液は、希溶液管３２、第２の
熱回収熱交換器３０を通つて温度T₂、圧力P₁の
の状態となり発生器２７に戻るサイクルを繰り
返す。

なお、以上の実施例では、吸収器、蒸発器、凝
縮器、発生器等は、各容器内に熱交換器を設置し
た構造を図示したが特にこれに限定されることな
く、２重管等の構造としてもよい。また、各吸収
器２，３からの希溶液は、第１、第２の熱回収熱
交換器２９，３０を通り温度T₂、圧力P₁まで減
じるのであるが、圧力がP₁まで減圧されないとき
は、減圧装置などを設置してもよい。さらに溶液
ポンプは１台増加するが、発生器２７から第１、
第２吸収器２，３に行く濃溶液管３１を、それぞ
れ各吸収器毎に設け、それぞれに溶液ポンプ、熱
回収熱交換器を設置しても良い。

なお、上記実施例ではＡ，Ｂ二種の沸騰点の異
なる冷媒を用い、吸収式ヒートポンプを二段に構
成した例を示したが、二段に限られるものではな
く、三種又はそれ以上の沸騰点の異なる冷媒を用
いて順次吸収熱の発生温度を高めるとすることも
可能である。

この発明は沸騰点が異なる二種以上の冷媒を用
い、沸騰点の低い方の冷媒蒸気を吸収剤の濃溶液
に吸収させた際に発生する希釈熱で次に沸騰点の
高い液冷媒を加熱して冷媒蒸気を発生させ、つい
でこの冷媒蒸気を上記希溶液と熱交換した吸収剤
の濃溶液に吸収させ、この際発生する希釈熱で次
に沸騰点の高い液冷媒を加熱し冷媒蒸気を発生さ
せるようにして順次発生する希釈熱を段階的に高
温度に高める構成と、この高温度の熱エネルギを
系外にとり出す構成とを備えたことを特徴とする
もので、その動作線図は、例えば第４図のように
P₁とP₂の２段圧力レベルでよく、ポンプ類の数が
少なくてすみ、システムも簡単化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の吸収式ヒートポンプ装置の系
統図、第２図はその動作状態を示す圧力−温度−
濃度線図、第３図はこの発明の一実施例の系統
図、第４図はその動作状態を示す圧力−温度−濃
度線図である。 図において、２は第１の吸収器、３は第２の吸
収器、５は凝縮器、７は冷媒蒸気管、８は冷媒液
管、９は冷媒ポンプ、２７は発生器、２８は溶液
ポンプ、２９は第１の熱回収熱交換器、３０は第
２の熱回収熱交換器、３１は濃溶液管、３２は希
溶液管、３３は第１の蒸発器、３４は第２の蒸発
器、３５は冷媒液管３６は冷媒蒸気管である。な
お、各図中同一符号はそれぞれ同一又は相当部分
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 沸騰点が異なる二種以上の液冷媒を加熱する
   ことにより沸騰点の低い方の液冷媒を蒸発させる
   蒸発器と、この蒸発器から冷媒蒸気管を介して供
   給される冷媒蒸気を吸収剤の濃溶液に吸収させる
   吸収器と、この吸収器で前記沸騰点の低い方の冷
   媒が希釈される際に生じる希釈熱により前記蒸発
   器から冷媒液管を介して供給される前記沸騰点の
   低い方の冷媒を蒸発させた液冷媒を加熱し次に沸
   騰点の低い液冷媒を蒸発させる第２の蒸発器とを
   備え、この第２の蒸発器で得られた冷媒蒸気を次
   段の吸収器でその希溶液と熱交換された吸収剤の
   濃溶液に吸収させることにより希釈熱を段階的に
   高温度化させ、その熱エネルギを系外に取り出す
   ように構成したことを特徴とする吸収式ヒートポ
   ンプ。